Question

研究CO₂的利用对促进低碳社会的构建具有重要的意义．
（1）将CO₂与焦炭作用生成CO，CO可用于炼铁等．
①已知：Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H _l=+489.0kJ?mol^-1
C（石墨）+CO₂（g）=2C0（g）△H₂=+1 72.5kJ?mol^-1
则CO还原Fe₂O₃的热化学方样式为

 

．
②利用燃烧反应可设计成CO/O₂燃料电池（以KOH溶液为电解液），写出该电池的负极反应式

 

．
（2）某实验将CO₂和H₂充入一定体积的密闭容器中，在两种不同条件下反应：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol^-1测得CH₃OH的物质的量随时间变化如图1所示，回答问题：
①下列措施中能使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的是

 

．
A．升高温度
B．充入He（g），使体系压强增大
C．将H₂O（g）从体系中分离
D．再充入1molCO₂和3molH₂
②曲线Ⅰ、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为K_I

 

K_II（填“大于”、“等于”或“小于”）．
③一定温度下．在容积相同且固定的两个密闭容器中，按如下方式投入反应物，一段时间后达到平衡．

容  器	甲	乙
反应物投入量	1molCO2、3molH2	a molCO2、b molH2、 c molCH3OH（g）、c molH2O（g）

若甲中平衡后气体的压强为开始时的0.8倍，要使平衡后乙与甲中相同组分的体积分数相等，且起始时维持反应逆向进行，则c的取值范围为

 

．
（3）用0.10mol?L^-1盐酸分别滴定20.00mL0.10mol?L^-1的NaOH溶液和20.00mL0.10mol?L^-1氨水所得的滴定曲线如图2：
请指出盐酸滴定氨水的曲线为

 

（填A或B），请写出曲线a点所对应的溶液中各离子浓度由大到小的排列顺

 

．

Answer 1

考点：热化学方程式,化学平衡的影响因素,等效平衡,酸碱混合时的定性判断及有关ph的计算

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）①依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式；
②KOH溶液为电解液的氢氧燃料电池中，通入CO的一极为电池的负极，发生氧化反应；
（2）①使n（CH₃OH）/n（CO₂）应采取措施，使平衡向正反应移动，注意不能增大二氧化碳或降低甲醇的量；
②II平衡时间小于I，说明II反应速率大于I，且平衡时II中CH₃OH的物质的量小于I，说明平衡向逆反应方向移动，则只能是升高温度，温度越高，化学平衡常数越小；
③根据平衡三部曲求出甲中平衡时各气体的物质的量，然后根据平衡后乙与甲中相同组分的体积分数相等，且起始时维持反应逆向进行来判断范围；
（3）根据氢氧化钠和氨水在滴定开始时的pH来判断；曲线a点所对应的溶液是氨水和氯化铵的混合液，溶液显示碱性，据此判断．

解答： 解：（1）①a、Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ?mol^-1
b、C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJ?mol^-1
依据盖斯定律a-b×3得到Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5 kJ?mol^-1；
故答案为：Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5 kJ?mol^-1；
②CO-O₂燃料电池（以KOH溶液为电解液），一氧化碳在负极失电子发生氧化反应生成二氧化碳在溶液中生成碳酸钾，原电池负极电极反应为：CO+4OH^--2e^-=CO₃^2-+2H₂O，
故答案为：CO+4OH^--2e^-=CO₃^2-+2H₂O；
（2）①使n（CH₃OH）/n（CO₂）应采取措施，使平衡向正反应移动，注意不能增大二氧化碳或降低甲醇的量，
A、该反应正反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）减小，故A错误，
B、充入He（g），使体系压强增大，容器的容积不变，反应混合物的浓度不变，平衡不移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）不变，故B错误，
C、将H₂O（g）从体系中分离，平衡向正反应移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故C正确，
D、再充入1mol CO₂和4mol H₂，相当于充入1mol CO₂和3mol H₂，达平衡后再通入1molH₂．等效为增大压强，平衡向正反应移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，再通入1molH₂，平衡向正反应移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故D正确；
故答案为：CD；
②II平衡时间小于I，说明II反应速率大于I，且平衡时II中CH₃OH的物质的量小于I，说明平衡向逆反应方向移动，则只能是升高温度，即II的温度大于I，温度越高，平衡向逆反应方向移动，导致化学平衡常数越小，所以K_Ⅰ＞K_Ⅱ，故答案为：大于；
③设二氧化碳反应量为x
             CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
初始量（mol）：1        3           0          0
转化量（mol）：x        3x          x          x
平衡量（mol）：1-x       3-3x        x          x
甲中平衡后气体的压强为开始时的0.8倍，即（4-2x）/4=0.8
解得x=0.4mol
依题意：甲、乙为等同平衡，且起始时维持反应逆向进行，所以全部由生成物投料，c的物质的量为1mol，c 的物质的量不能低于平衡时的物质的量0.4mol，所以c的物质的量为：0.4＜n（c）≤1mol，故答案为：0.4＜n（c）≤1．
（3）滴定开始时0.1mol/LNaOHpH=13，0.1mol/L氨水pH＜13，所以滴定氨水的曲线是B，曲线a点所对应的溶液是氨水和氯化铵的混合液，溶液显示碱性，离子浓度关系是：c（NH₄⁺）＞c（Cl^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），故答案为：c（NH₄⁺）＞c（Cl^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

点评：本题考查学生热化学、化学平衡移动的影响因素、计算以及弱电解质的电离和盐的水解等方面的知识，属于综合知识的考查题，难度大．